ES2701430T3 - Installation and procedure for absorption of harmful substances in gases - Google Patents
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Abstract
Instalación para absorción de sustancias nocivas en gases, en la cual se pone en contacto con el gas una solución con componentes alcalinos, proporcionándose una primera etapa en la cual el gas se conduce como fase dispersa a través de una capa de suspensión y proporcionándose una segunda etapa en la cual se conduce el gas como fase continua en la que se rocía la suspensión como fase dispersa, y estando reunidas constructivamente las dos etapas en una única torre de lavado, caracterizada por que en la primera etapa se proporciona un dispositivo (3) de dispersión y distribución de gas, constituido por al menos dos parrillas de barras o tubos superpuestas, distanciadas verticalmente, de manera que la sección transversal libre para el gas se reduce a 15% hasta 50% de la sección transversal total de la torre de lavado.Installation for the absorption of harmful substances in gases, in which a solution with alkaline components is contacted with the gas, providing a first stage in which the gas is conducted as a dispersed phase through a suspension layer and providing a second stage in which the gas is conducted as a continuous phase in which the suspension is sprayed as a dispersed phase, and the two stages being constructively combined in a single washing tower, characterized in that a device (3) is provided in the first stage of dispersion and distribution of gas, consisting of at least two grills of bars or tubes superimposed, vertically spaced, so that the free cross-section for the gas is reduced to 15% up to 50% of the total cross-section of the washing tower .
Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
Instalación y procedimiento para absorción de sustancias nocivas en gasesInstallation and procedure for absorption of harmful substances in gases
La invención se refiere a una instalación y un procedimiento para absorción de sustancias nocivas en gases.The invention relates to an installation and a method for absorbing harmful substances in gases.
En muchos procesos industriales, especialmente en los procesos de combustión, se generan gases de combustión o gases de escape que contienen componentes ácidos tales como dióxido de azufre (SO2), ácido clorhídrico (HCl), fluoruro de hidrógeno (HF) y/u óxidos de nitrógeno (NO, NO2) que, a causa de su nocividad para el ecosistema, son clasificados como sustancias nocivas.In many industrial processes, especially in combustion processes, flue gases or exhaust gases are generated which contain acid components such as sulfur dioxide (SO 2 ), hydrochloric acid (HCl), hydrogen fluoride (HF) and / or nitrogen oxides (NO, NO 2 ) which, because of their harmfulness to the ecosystem, are classified as harmful substances.
Por lo tanto, para proteger a las personas, animales y plantas se han establecido disposiciones legales para los valores límite permisibles de sustancias nocivas en gases de escape.Therefore, to protect people, animals and plants, legal provisions have been established for the permissible limit values of harmful substances in exhaust gases.
Para respetar estos valores límite, en muchos casos es precisa una purificación de los gases de escape.In order to respect these limit values, in many cases a purification of the exhaust gases is required.
En el estado de la técnica se conocen diversas tecnologías para el denominado tratamiento por vía húmeda de gases de escape, que ya se emplean industrialmente. En estos procedimientos, para separar sustancias nocivas se utiliza en la mayoría de los casos absorbente cálcico (piedra caliza, cal viva y cal hidratada). Se mezclan con agua estos compuestos de calcio, que se presentan entonces como suspensión, y se les pone en contacto con los gases ácidos presentes en el gas de combustión para que pueda tener lugar la absorción de las sustancias nocivas de la fase gaseosa a la fase líquida. Las sustancias nocivas ácidas absorbidas en la fase líquida se presentan entonces disueltas en forma iónica y reaccionan con los iones de calcio disueltos en la suspensión del absorbente calizo. Dependiendo del curso ulterior del proceso, los productos de reacción resultantes pueden permanecer disueltos en la suspensión, formar cristales cuando se llega a la correspondiente sobresaturación y finalmente incluso precipitar en forma sólida.In the state of the art various technologies are known for the so-called wet treatment of exhaust gases, which are already used industrially. In these procedures, to remove harmful substances, calcium absorbent (limestone, quicklime and hydrated lime) is used in most cases. These calcium compounds, which are then presented as a suspension, are mixed with water and put in contact with the acid gases present in the combustion gas so that the absorption of the harmful substances from the gas phase to the phase can take place. liquid The harmful acidic substances absorbed in the liquid phase are then dissolved in ionic form and react with the calcium ions dissolved in the suspension of the limestone absorbent. Depending on the further course of the process, the resulting reaction products can remain dissolved in the suspension, form crystals when the corresponding supersaturation is reached and finally even precipitate in solid form.
La principal sustancia nociva de los gases de escape, particularmente en los procesos de combustión alimentados con carbón o con derivados del petróleo, es el dióxido de azufre, SO2.The main harmful substance of the exhaust gases, particularly in combustion processes fed with coal or with petroleum derivatives, is sulfur dioxide, SO 2 .
En las denominadas instalaciones de desulfuración de los gases de combustión, se separa el SO2 del gas de combustión mediante el procedimiento descrito al principio, utilizándose como absorbente cálcico sobre todo piedra caliza, en forma de una suspensión de piedra caliza. En estas instalaciones se origina en la suspensión, a partir del dióxido de azufre SO2 absorbido y la piedra caliza disuelta, después de los procesos de oxidación y cristalización, yeso (CaSO4 2 H2O) aprovechable.In so-called flue gas desulphurisation plants, the SO 2 is separated from the combustion gas by the procedure described at the beginning, using calcium as absorbent, especially limestone, in the form of a limestone suspension. In these installations originates in the suspension, from the SO 2 absorbed sulfur dioxide and the dissolved limestone, after the processes of oxidation and crystallization, gypsum (CaSO 4 2 H 2 O) usable.
Es conocido en el estado de la técnica implementar el aparato de contacto para la desulfuración de gases de combustión como una torre de rociado con columna de goteo. En esta torre de rociado se rocía la suspensión de piedra caliza a través de varios planos de rociado, dispuestos por regla general horizontalmente, y boquillas de rociado en un aparato atravesado verticalmente por el gas de combustión. Las gotas de suspensión de piedra caliza que salen de la boquilla de rociado entran en contacto con el gas de combustión que circula, y tienen lugar procesos de transferencia de calor y de masa.It is known in the state of the art to implement the contact apparatus for the flue gas desulfurization as a spray tower with a drip column. In this spray tower the limestone suspension is sprayed through several spray planes, generally arranged horizontally, and spray nozzles in an apparatus vertically traversed by the combustion gas. The limestone suspension droplets coming out of the spray nozzle come into contact with the circulating combustion gas, and heat and mass transfer processes take place.
Si se considera como una emulsión la mezcla de gas de combustión y suspensión, el gas de combustión constituye la fase continua y la suspensión de piedra caliza la fase dispersa.If the mixture of combustion gas and suspension is considered as an emulsion, the combustion gas constitutes the continuous phase and the limestone suspension the dispersed phase.
Las velocidades en tubo vacío del gas de combustión habituales en estas torres de rociado se sitúan entre 2,5 y 5 m/s.The empty tube velocities of the combustion gas common in these spray towers are between 2.5 and 5 m / s.
En los procesos de transporte de calor y de masa descritos, generalmente se extrae calor del gas de combustión, lo que conduce a la evaporación de agua de las gotas de suspensión. El agua evaporada pasa a la fase gaseosa (fase continua) y lleva a la saturación del gas de combustión.In the described heat and mass transport processes, heat is generally extracted from the combustion gas, which leads to the evaporation of water from the suspension droplets. The evaporated water passes into the gas phase (continuous phase) and leads to the saturation of the combustion gas.
El dióxido de azufre SO2 contenido en el gas de combustión se disuelve por absorción en las gotas de suspensión y reacciona por consiguiente con los iones de calcio (Ca++) asimismo disueltos para, a través de intermedios, dar sulfito de calcio y, tras una oxidación adicional por el oxígeno presente, disuelto en las gotas, sulfato de calcio. Las gotas de suspensión caen hacia abajo y absorben dióxido de azufre de manera continua, a lo largo de su camino. En la zona inferior del aparato de contacto se recogen en un denominado colector y, para aumentar el tiempo de contacto, son puestas nuevamente en contacto con el gas de combustión mediante un sistema de circulación a través de los planos de rociado.The sulfur dioxide SO 2 contained in the combustion gas is dissolved by absorption in the suspension droplets and therefore reacts with the calcium ions (Ca ++) also dissolved to, through intermediates, give calcium sulfite and, after a additional oxidation by the oxygen present, dissolved in the drops, calcium sulfate. The suspension drops fall down and absorb sulfur dioxide continuously, along its path. In the lower area of the contact apparatus they are collected in a so-called collector and, in order to increase the contact time, they are brought back into contact with the combustion gas by means of a circulation system through the spray planes.
En el colector también se enriquece con oxígeno la suspensión, mediante insuflación de gas con contenido de oxígeno, por ejemplo aire, para la reacción de oxidación adicional, de modo que, en una ejecución óptima del proceso, se llegue a una oxidación completa del sulfito de calcio para dar sulfato de calcio.In the collector, the suspension is also enriched with oxygen, by insufflation of gas containing oxygen, for example air, for the additional oxidation reaction, so that, in an optimum execution of the process, complete oxidation of the sulfite is achieved of calcium to give calcium sulfate.
Al aumentar el tiempo de residencia, crece la proporción del sulfato de calcio incorporado en el sumidero hasta que se alcanza una sobresaturación y, después de una fase de cristalización, precipita sulfato de calcio en forma de yeso (CaSO42 H2O).As the residence time increases, the proportion of the calcium sulphate incorporated in the sump increases until a supersaturation is reached and, after a crystallization phase, calcium sulphate precipitates in the form of gypsum. (CaSO 4 2 H 2 O).
Mediante circuitos de control y regulación correspondientes, se añaden dosificadamente al aparato de contacto, de manera continua, suspensión de piedra caliza y agua de proceso (para la pérdida por evaporación de las gotas), y también se retira suspensión del colector, de modo que se establece un estado estacionario. La suspensión retirada del colector se envía generalmente a una deshidratación dispuesta a continuación, para obtener yeso.By means of corresponding control and regulation circuits, limestone suspension and process water are continuously added to the contact apparatus in a continuous manner (for the loss by evaporation of the drops), and suspension of the collector is also removed, so that a steady state is established. The suspension withdrawn from the collector is generally sent to a dehydration arranged below, to obtain gypsum.
Una desventaja del lavado que se ha descrito del gas de combustión por medio de una torre de rociado, son las dimensiones requeridas de las instalaciones, con torres de 20-40 m de altura, y el comparativamente elevado consumo de energía.A disadvantage of the described washing of the combustion gas by means of a spray tower, are the required dimensions of the installations, with towers of 20-40 m in height, and the comparatively high energy consumption.
Como alternativa se conoce, por ejemplo a partir del documento WO 96/00122, una instalación en la cual el aparato de contacto está diseñado como lo que se denominan columnas de burbujas. En este caso la asignación de fases entre gas de combustión y suspensión de piedra caliza está invertida con respecto a la columna de gotas de la torre de rociado, es decir, la suspensión se presenta como fase continua y el gas de combustión como fase dispersa. Se forma una capa de suspensión de hasta 1,1 m de altura, en la cual se introduce el gas de combustión en forma de burbujas, a través de suelos distribuidores, por ejemplo fondos de tamiz, bajo la capa de suspensión, o a través de tubos sumergidos, dotados de una pluralidad de orificios distribuidores, que penetran en la capa de suspensión. A este tipo de aparato también se le denomina, por tanto, lavador por burbujas. Sin embargo, la velocidad en tubo vacío del gas de combustión en tal lavador por burbujas se sitúa solamente en el entorno de 1,5 a 2,5 m/s.As an alternative, for example, from WO 96/00122, an installation is known in which the contact apparatus is designed as what are called bubble columns. In this case, the phase assignment between combustion gas and limestone suspension is reversed with respect to the drop column of the spray tower, that is, the suspension is presented as a continuous phase and the combustion gas as a dispersed phase. A suspension layer of up to 1.1 m in height is formed, in which the combustion gas is introduced in the form of bubbles, through distributing soils, for example sieve bottoms, under the suspension layer, or through submerged tubes, provided with a plurality of distributor orifices, which penetrate the suspension layer. This type of apparatus is also called, therefore, bubble scrubber. However, the empty tube velocity of the flue gas in such bubble scrubber is only in the environment of 1.5 to 2.5 m / s.
También son conocidas en el estado de la técnica instalaciones combinadas. El documento US 4.820.456 A da a conocer una torre de lavado en la que, mediante una rejilla de chapas cruzadas, se forma una columna de burbujas. Están dispuestas además boquillas de rociado para formar una columna de gotas.Combined installations are also known in the state of the art. US 4,820,456 A discloses a washing tower in which a bubble column is formed by means of a grid of crossed plates. Spray nozzles are also arranged to form a drop column.
En el documento US 2007/0251393 A1 se describe una torre de lavado llena en su zona inferior con una solución líquida. En esta solución se insufla, mediante un difusor poroso, el gas a purificar. Están dispuestas además boquillas de rociado para rociar adicionalmente con una neblina de rociado el gas que escapa de la solución hacia arriba.In US 2007/0251393 A1, a washing tower filled in its lower zone with a liquid solution is described. In this solution, the gas to be purified is blown through a porous diffuser. Spray nozzles are further provided for spraying the gas escaping from the solution upwards with a spray mist.
El documento US 3.834.129 A describe una instalación con varias placas perforadas, distanciadas verticalmente. A través de los orificios de las placas, el gas circula hacia arriba y es rociado desde boquillas con un agente absorbente. Las placas sirven en este caso como dispositivos de contención para la espuma que se forma.US 3,834,129 A describes an installation with several perforated plates, vertically spaced apart. Through the orifices of the plates, the gas circulates upwards and is sprayed from nozzles with an absorbent agent. The plates serve in this case as containment devices for the foam that is formed.
La invención se basa en la misión de mejorar los procedimientos descritos.The invention is based on the mission of improving the described procedures.
Esta misión se solventa, conforme a la invención, con una instalación y un procedimiento para absorción de sustancias nocivas en gases, en los que se pone en contacto con el gas una solución con componentes alcalinos, siendo conducido el gas, en una primera etapa, como fase dispersa a través de una capa de suspensión y, en una segunda etapa, como fase continua en la que se rocía la suspensión como fase dispersa, y estando reunidas constructivamente las dos etapas en una única torre de lavado. En este caso, en la primera etapa se proporciona un dispositivo de dispersión y distribución de gas de manera que la sección transversal libre para el gas se reduce a 15% hasta 50% de la sección transversal total de la torre de lavado, y el dispositivo (3) de dispersión y distribución de gas está constituido por al menos dos parrillas de barras o tubos superpuestas. Las al menos dos parrillas de barras o tubos superpuestas están distanciadas entre sí verticalmente. En la reivindicación dependiente 2 está contenida una configuración ventajosa de la invención.This mission is solved, according to the invention, with an installation and a procedure for absorption of harmful substances in gases, in which a solution with alkaline components is brought into contact with the gas, the gas being conducted, in a first stage, as a dispersed phase through a suspension layer and, in a second stage, as a continuous phase in which the suspension is sprayed as a dispersed phase, and the two stages being assembled constructively in a single washing tower. In this case, a gas dispersion and distribution device is provided in the first stage so that the free cross section for the gas is reduced to 15% up to 50% of the total cross section of the washing tower, and the device (3) Dispersion and distribution of gas is constituted by at least two bar racks or superimposed tubes. The at least two bar racks or superimposed tubes are vertically spaced from each other. An advantageous configuration of the invention is contained in dependent claim 2.
Según la invención, se aprovechan las ventajas de las columnas de gotas y de las columnas de burbujas mediante la combinación de ambos procedimientos en un aparato de contacto común.According to the invention, the advantages of drop columns and bubble columns are exploited by combining both procedures in a common contact apparatus.
En la primera etapa se purifica en una columna de burbujas el gas de combustión que atraviesa de abajo arriba la torre de lavado, con una concentración mayor de dióxido de azufre. En la segunda etapa, la purificación se efectúa en una columna de gotas.In the first stage, the combustion gas passing through the washing tower from the bottom to the top with a higher concentration of sulfur dioxide is purified in a bubble column. In the second stage, the purification is carried out in a drop column.
Con ello se pone en práctica la idea que sirve de base a la invención, según la cual para la purificación de gases con concentraciones relativamente bajas de dióxido de azufre es preferible, frente a lavador por burbujas, una torre de rociado con columna de gotas, mientras que con altas concentraciones de dióxido de azufre son convenientes lavadores por burbujas.With this, the idea underlying the invention is implemented, according to which, for the purification of gases with relatively low concentrations of sulfur dioxide, a spray tower with drop column is preferable to a bubble scrubber, while with high concentrations of sulfur dioxide are convenient bubble washers.
Se explicará con más detalle la invención haciendo referencia a las Figuras. Estas muestran, a modo de ejemplo: la Figura 1, una instalación según la invención, yThe invention will be explained in more detail with reference to the Figures. These show, by way of example: Figure 1, an installation according to the invention, and
la Figura 2, variantes de realización del dispositivo de dispersión y distribución de gasFigure 2, variants of embodiment of the dispersion and gas distribution device
La Figura 1 muestra un corte transversal a través de una torre de lavado cilíndrica en la que se introduce en la torre de lavado el gas de combustión a través de una entrada 1 para gas de combustión y se desvía a una corriente vertical hacia arriba, alcanzándose una velocidad en tubo vacío de 2,5 m/s a 4,5 m/s. Figure 1 shows a cross section through a cylindrical washing tower in which the combustion gas is introduced into the washing tower through a 1 inlet for combustion gas and is diverted to an upward vertical current, reaching an empty tube speed of 2.5 m / s to 4.5 m / s.
Las gotas de suspensión que caen en esta zona, procedentes de la primera etapa del lavado con burbujas, producen ya un enfriamiento del gas de combustión, lo que, en el caso óptimo, conduce ya a una temperatura de saturación adiabática del gas de combustión.The droplets of suspension that fall in this region, coming from the first stage of the bubble washing, already produce a cooling of the combustion gas, which, in the optimal case, already leads to a temperature of adiabatic saturation of the combustion gas.
Después de esto, el gas de combustión entra, a través de un dispositivo 3 de dispersión y distribución de gas, en la capa de suspensión del lavador por burbujas. La distribución de gas y la formación de burbujas se producen en este caso mediante de una estructura 3a de suelo configurada a modo de parrilla, de la cual se representan en la Figura 2 variantes ventajosas de realización.After this, the combustion gas enters, through a device 3 for dispersion and distribution of gas, in the suspension layer of the scrubber by bubbles. The gas distribution and the formation of bubbles are produced in this case by means of a floor structure 3a configured as a grate, of which advantageous embodiments are shown in FIG.
En el dispositivo 3 de dispersión y distribución de gas se reduce la sección transversal libre para el gas a 15% hasta 50% de la sección transversal total del lavador. Mediante la aceleración de gas de combustión así lograda, se crea por encima del dispositivo 3 de dispersión y distribución de gas una columna de burbujas que alcanza una altura de entre 0,4 m y 1,0 m. La altura de la capa está determinada por un dispositivo 3b de rebosamiento en el diseño de la torre de lavado. Si el nivel de la columna de burbujas que se forma supera la altura de diseño, la suspensión rebosa a través del dispositivo 3b de rebosamiento y los drenajes 3c, 3d del lavador, principalmente al colector 13 del lavador. También sería concebible enviar una parte de la suspensión que rebosa a una unidad de deshidratación para obtener yeso seco. El gas de combustión que abandona la columna de burbujas entra ahora directamente en un espacio 5 de absorción, construido sobre la columna de burbujas, de una torre de rociado o una columna de gotas. La suspensión es introducida a través de las boquillas de rociado del plano 4 de rociado y entra en contacto en forma de gotas con el gas de combustión.In the gas dispersion and distribution device 3, the free cross section for the gas is reduced to 15% up to 50% of the total cross section of the scrubber. By means of the combustion gas acceleration thus achieved, a column of bubbles that reaches a height between 0.4 m and 1.0 m is created above the dispersion and gas distribution device 3. The height of the layer is determined by an overflow device 3b in the design of the washing tower. If the level of the column of bubbles that is formed exceeds the design height, the suspension overflows through the overflow device 3b and the drains 3c, 3d of the scrubber, mainly to the collector 13 of the scrubber. It would also be conceivable to send a part of the suspension that overflows to a dehydration unit to obtain dry gypsum. The combustion gas leaving the bubble column now enters directly into an absorption space 5, built on the bubble column, a spray tower or a column of drops. The suspension is introduced through the spray nozzles of the spray plane 4 and comes into contact in the form of drops with the combustion gas.
A ambas etapas se les suministra suspensión fresca por medio de un dispositivo 7a, 7b de circulación. Después de pasar el último plano de rociado, las gotitas arrastradas por el gas de combustión se separan en un dispositivo 6 separador de gotas, que se enjuaga regularmente por medio de un dispositivo 8 de enjuague y, por lo tanto, se mantiene libre de depósitos. Después del separador 6 de gotas, el gas de combustión abandona la torre de lavado a través de una correspondiente construcción 2 para salida del gas de combustión.Both stages are supplied with fresh suspension by means of a circulation device 7a, 7b. After passing the last spray plane, the droplets entrained by the combustion gas are separated in a droplet separating device 6, which is regularly rinsed by means of a rinsing device 8 and, therefore, remains free of deposits . After the droplet separator 6, the combustion gas leaves the washing tower through a corresponding construction 2 for the exit of the combustion gas.
A la suspensión recogida en el colector 13 se le proporciona oxígeno para la oxidación mediante insuflación de aire 11.The oxygen collected for the oxidation by means of air insufflation is provided to the suspension collected in the collector 13.
La sedimentación de partículas sólidas en el colector se impide por medio de agitadores 9, que aseguran además una mezcladura suficiente.The sedimentation of solid particles in the collector is prevented by means of agitators 9, which also ensure sufficient mixing.
Para mantener todo el sistema de lavado en un funcionamiento estacionario, se aporta 10 al sistema suspensión fresca de piedra caliza y se descarga 12 del sistema de lavado una correspondiente corriente de suspensión para obtener yeso.To maintain the entire washing system in a stationary operation, fresh suspension of limestone is added to the system and 12 of the washing system is discharged with a corresponding suspension stream to obtain plaster.
Lista de referenciasList of references
3b dispositivo de rebosamiento3b overflow device
3c, 3d drenajes3c, 3d drains
13 colector del lavador13 washer collector
5 espacio de absorción5 absorption space
4 planos de rociado4 spray planes
7a, 7b dispositivo de circulación7a, 7b circulation device
6 dispositivo separador de gotas6 device drip separator
8 dispositivo de enjuague8 rinsing device
6 separador de gotas6 drops separator
2 construcción de salida de gas de combustión2 construction of combustion gas outlet
9 agitadores 9 agitators
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